Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Суммирующий синхронный счетчик

Суммирующий синхронный счетчик

В наше время проявляется тенденция к бурному развитию цифровой электроники. Курсовая работа предполагает рассмотрение и разработку такого устройства цифровой электроники как суммирующий синхронный счетчик.

Счетчики получили очень широкое распространение в самых различных отраслях промышленности, в быту, в повседневной жизни, потому что они являются многофункциональными устройствами.

Эти устройства используются не только для подсчета импульсов, поданных на вход, но и для деления входной частоты с заданным коэффициентом деления.

Актуальность проектирования подобного вида устройств заключается в том, что они обладают высоким быстродействием, приемлимой помехоустойчивостью, низкой потребляемой мощностью, относительно низкой стоимостью.

Счетчики могут применяться в качестве счетчиков каких-либо изделий на производстве, в роли счетчика частиц (например, фотонов) и даже в самых обыкновенных электронных часах используются счетчики.

Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа импульсов, поданных на вход. Число разрешенных состояний счетчика называют его модулем или коэффициентом счета Ксч.

Используется множество различных вариантов счетчиков: асинхронный и синхронный; двоичные и десятичные; однонаправленные (с увеличением счета) и двунаправленные (с увеличением или уменьшением счета), называемые реверсивными, с постоянным или переключаемым коэффициентом деления. Основа любого счетчика является линейка из нескольких триггеров. Между триггерами могут быть введены дополнительные обратные связи, позволяющие получить любой коэффициент деления, а не только равный 2n. Например, счетчик, состоящий из четырех триггеров, может иметь максимальный коэффициент деления 24=16.

Для четырехтриггерного счетчика минимальный выходной код — 0000, максимальный — 1111, а при коэффициенте деления КД=10 выходной счет останавливается при коде 1001=9.

Следовательно, удобно выпускать четырехтригерные счетчики в двух вариантах: двоичном и десятичном. Расширить функции счетчиков можно, видоизменяя их цепи управления и вводя дополнительные связи между триггерами.

Основными временными характеристиками счетчиков являются максимальная частота поступления счетных импульсов fсч и время перехода из одного состояния в другое.

По характеру операций счета счетчики делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные. В зависимости от основания системы счисления, в которой осуществляется счет, они могут быть двоичными, двоично-десятичными, двоично-пятеричными и т.д. По схемным признакам счетчики могут быть асинхронными и синхронными.

В асинхронных счетчиках на тактирующие входы синхронных триггеров или на информационные входы асинхронных триггеров информация поступает с выходов соседних триггеров, поэтому триггеры в таких схемах срабатывают не одновременно, а последовательно, друг за другом. В синхронных счетчиках все триггеры переключаются одновременно под действием общего синхронизирующего сигнала, поступающие на тактирующие входы всех триггеров одновременно.

По способу организации цепей переноса они делятся на схемы с последовательным, параллельным и групповым переносом.

В счетчиках с последовательным переносом перенос в соседний старший разряд формируется только после переключения триггера в предыдущем разряде. Их быстродействие определяется суммой времен установления (задержки) триггеров всех разрядов.

В счетчиках с параллельным переносом аргументами функций переносов для каждого разряда являются только сигналы на выходах триггеров соответствующих сигналов, причем переносы для всех разрядов счетчика формируются одновременно. Их быстродействие определяется временем установки одного триггера и одной комбинационной схемы независимо от числа разрядов счетчика.

Цепи сквозного переноса организуются таким образом, чтобы функция переноса i-го разряда счетчика являлась аргументом функции переноса (i+1)-го разряда. В этом случае сигналы переносов для каждого разряда формируются поочередно, начиная с младших разрядов счетчика. Счетчики со сквозным переносом требуют меньшего числа логических элементов для организации цепей переноса, но уступают счетчикам с параллельным переносом в быстродействии. Их быстродействие определяется в худшем случае переключением n логических схем в цепях сквозного переноса и одного триггера (n — число разрядов счетчика).

Если счет выполняется в канонической двоичной системе счисления (в однородной позиционной двоичной системе счисления с естественным порядком весов), то такой счетчик называют с естественным порядком счета. Коэффициент счета при этом может быть Ксч≤2n, но независимо от его значения счет выполняется от 0 до Ксч.

Если счет выполняется в неканонических системах (например, символических, с искусственным порядком весов и т.д.), то порядок счета считается искусственным (произвольным).

В счетчиках Ксч ≠2n и произвольным порядком счета наиболее часто применяются схемы с принудительным насчетом и с начальной установкой.

Счетчики, выполненные в виде отдельных функциональных узлов, имеются в составе многих серий микросхем. Номенклатуру счетчиков отличает большое многообразие. Многие из них обладают универсальными свойствами и позволяют управлять коэффициентом и направлением счета, вводить до начала цикла исходное число, прекращать по команде счет, наращивать число разрядов и т.п.

В ряде случаев, однако, может возникнуть необходимость в счетчике с нетиповыми характеристиками. Такие счетчики синтезируются из отдельных триггеров и логических элементов.

Простейший двоичный счетчик может быть реализован путем последовательного соединения счетных Т-триггеров (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 — Двоичный суммирующий счетчик с последовательным переносом

При построении временных диаграмм учитывалось, что каждый триггер изменяет свое состояние по спадающему фронту «1-0» на своем синхровходе. Логические уровни на выходах триггеров соответствуют двоичным числам, которые возрастают с приходом каждого входного импульса. Это объясняет название: «суммирующий двоичный счетчик».

Из временных диаграмм следует, что частота на выходе каждого триггера уменьшается в два раза. Поэтому двоичные счетчики называют также делителями частоты. Общий коэффициент деления равен:

,

где: n — количество последовательно включенных триггеров.

На основе Т-триггеров можно построить вычитающий двоичный счетчик, если на вход следующего триггера подавать сигналы с инверсного выхода предыдущего триггера. Вычитающий двоичный счетчик можно реализовать также по схеме на рис.1.2, если использовать Т-триггеры, управляемые восходящим фронтом «0-1».

Рисунок 1.2-Вычитающий двоичный счетчик с последовательным переносом

Логические уровни на выходах триггеров (см. временные диаграммы на рис.1.3) соответствуют двоичным числам, которые уменьшаются с приходом каждого входного импульса. Из нулевого состояния счетчик переходит — в максимальное (для четырехразрядного счетчика — это код 15).

На рис. 1.4 приведен фрагмент реверсивного счетчика. Этот счетчик может работать как суммирующий при подаче на управляющий вход «D/

U» низкого логического уровня или как вычитающий, если подать на управляющий вход высокий логический уровень.

Рисунок 1.3 — Временные диаграммы двоичного вычитающего счетчика

Переключение режимов реверсивного счетчика осуществляется мультиплексорами «2 на 1».

В большинстве случаев счетчики имеют цепи установки всех триггеров в исходное состояние.

Рисунок 1.4-Реверсивный двоичный счетчик с последовательным переносом

Читайте так же:
Epson l110 сброс счетчика памперса epson

Общим недостатком всех счетчиков с последовательным переносом (в литературе встречается также название «асинхронные счетчики») являются большие и неравномерные задержки распространения входного сигнала до всех выходов триггеров. Особенно большие задержки распространения сигнала заметны на выходе последнего триггера.

Если выходные логические уровни триггеров подать на входы дешифратора, то на выходах дешифратора будут заметны «ложные импульсы» (за счет эффекта гонок) длительностью до 12*tз и более.

Для выравнивания временных задержек всех триггеров применяют счетчики с параллельным переносом (рис.1.5), которые называются также «синхронными счетчиками», потому что входной сигнал С подают параллельно на синхровходы всех триггеров.

Рисунок 1.5-Двоичный суммирующий счетчик с параллельным переносом

Синхронный счетчик реализован на J-K-триггерах, имеющих по три входа J и три входа К, объединенных логической операцией конъюнкции.

Временные диаграммы этого счетчика такие же, как на рис.1.3. Первый триггер работает в счетном режиме. Для этого на его входы J и K постоянно поданы уровни логической «1».

Второй триггер изменяет (инвертирует) свое состояние по фронту «1-0» входного сигнала только при единичном уровне на выходе Q1.

Третий триггер изменяет свое состояние по фронту «1-0» входного сигнала С только при единичных уровнях на выходах первого и второго триггера. Четвертый триггер изменяет свое состояние, когда три первых триггера находятся в единичном состоянии. Поэтому на входы J, K последнего триггера поданы выходные сигналы первых трех триггеров.

Все триггеры могут изменять свои состояния только одновременно по фронту «1-0» входного сигнала. Поэтому задержки распространения сигналов на всех выходах будут примерно равны (если не считать технологический разброс параметров триггеров). Такой счетчик обладает минимальными задержками распространения сигналов от входа С ко всем выходам и поэтому — максимальным быстродействием.

Лучшие статьи по информатике

Электрический расчет ЛТ по волоконно-оптическим системам передачи
Научно-технический прогресс во многом определяется скоростью передачи информации и ее объемом. Возможность резкого увеличения объемов передаваемой информаци .

Сравнительный анализ социальных сетей
Мы живем в 21 веке в эпоху бурного развития информационных технологий. Мобильные устройства, интернет и «умная» бытовая техника присутствуют в каждом .

Технология создания первичной фонограммы в условиях записи чистового звука к видеофильму формата DVCAM с использованием PC для записи звука на съемочной площадке
Главные цели, поставленные автором для данной курсовой работы — показать работу звукорежиссера в условиях съемки видеофильма формата DVCAM с использованием п .

Принципы построения счетчиков, суммирующие и вычитающие счетчики, логическая структура, параметры

Понятие «счётчик» является очень широким. К счётчикам относят автоматы, которые под действием входных импульсов переходят из одного состояния в другое, фиксируя тем самым число поступивших на их вход импульсов в том или ином коде.

Специфичной для счётчиков операцией является изменение их содержимого на единицу (может быть и условную). Прибавление такой единицы соответствует операции инкрементации, вычитание – операции декрементации. Обычно счётчиками выполняются также и другие операции – сброс, установка, параллельная загрузка и др.

Счётчик характеризуется модулем счёта М (ёмкостью). Модуль определяет число возможных состояний счётчика. После поступления на счётчик М входных сигналов начинается новый цикл, повторяющий предыдущий.

По направлению счёта счётчики делятся на суммирующие(прямого счёта), вычитающие (обратного счёта) и реверсивные (с изменением направления счёта).

По принадлежности к тому или иному классу автоматов говорят о синхронныхили асинхронных счётчиках.

Простейший суммирующий асинхронный счётчик

Счётчик представляет собой несколько последовательно включенных счётных триггеров. Напомним, что по каждому входному импульсу счётный триггер изменяет своё состояние на противоположное.

Рис. 1. Простой асинхронный суммирующий счётчик

Если вход синхроимпульса триггера отмечен как «», то опрокидывание триггера происходит по заднему фронту, если как «/» — то по переднему.

Рис. 2. Временная диаграмма работы суммирующего асинхронного счётчика

Пусть первоначальное состояние всех триггеров счётчика будет нулевым. Это состояние мы видим на временных диаграммах. После поступления на вход счётчика тактового импульса (который воспринимается по заднему фронту) первый триггер изменяет своё состояние на противоположное, то есть единицу.

Продолжая анализировать временную диаграмму, можно определить, что на выходах приведённой схемы счётчика последовательно появляются цифры от 0 до 7. Эти цифры записаны в двоичном виде. При поступлении на счётный вход счётчика очередного импульса, содержимое его триггеров увеличивается на 1. Поэтому такие счётчики получили название суммирующих двоичных счётчиков. Если информацию снимать с инверсных выходов триггеров, то получится вычитающий счётчик.

Простейший вычитающий асинхронный счётчик

Рассмотрим схему счётчика на триггерах, опрокидывающихся по переднему фронту входных импульсов рис. 3.

Рис. 3. Вычитающий счётчик

Рис. 4. Временная диаграмма работы вычитающего асинхронного счётчика

Полученные структуры относятся к асинхронным счётчикам, т.к. в них каждый триггер переключается выходным сигналом предыдущего, и эти переключения происходят не одновременно. Переключение одного триггера за другим есть не что иное, как распространение переноса по разрядам числа при изменении содержимого счётчика. В худшем случае перенос распространяется по всей разрядной сетке от младшего разряда к старшему, т.е. для установления нового состояния должны переключиться последовательно все триггеры. Отсюда видно, что время установления кода в асинхронном счётчике составит величину tуст<=ntT. Другим названием асинхронного счётчика является название «последовательного счётчика».

Синхронные (или параллельные) счетчики представляют собой наиболее быстродействующую разновидность счетчиков. Наращивание их разрядности при соблюдении определенных условий не приводит к увеличению полной задержки срабатывания. То есть можно считать, что именно синхронные счетчики работают как идеальные счетчики, все разряды которых срабатывают одновременно, параллельно. Задержка срабатывания счетчика в этом случае примерно равна задержке срабатывания одного триггера. Достигается такое быстродействие существенным усложнением внутренней структуры микросхемы.

Вместе с тем недостатком синхронных счетчиков является более сложное управление их работой по сравнению с асинхронными счетчиками и с синхронными счетчиками с асинхронным переносом. Поэтому синхронные счетчики целесообразно применять только в тех случаях, когда действительно требуется очень высокое быстродействие, очень высокая скорость переключения разрядов. Иначе усложнение схемы управления может быть не оправдано.

Время установления таких счётчиком не зависит от разрядности nи равно tуст. = tk + tТР, где tk – задержка конъюнктора.

Рис. 3.45. Схема параллельного счётчика прямого счёта

С ростом числа разрядов реализация параллельных счётчиков затрудняется – требуются вентили с большим числом входов, растёт нагрузка на выходы триггеров.

Читайте так же:
Куда нести документы после установки счетчиков

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

СУММИРУЮЩИЕ ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ

В суммирующем двоичном n-разрядном счетчике, состоящем из n триггеров, реализуется счетная последовательность чисел. Эта последовательность начинается с 0. Очередное число в этой последовательности получается прибавлением единицы к предыдущему числу. После того как последо­вательность доходит до максимального числа 2 n -1, она снова проходит через 0 и повторяется. В счетчике с т триггерами число возможных состояний равно 2 n , мо­дуль счета Kc также равен 2 n . Каждому состоянию счет­чика соответствует число в счетной последовательности от 0 до 2 n -1 . Рассмотрим устройство двоичного 3-разряд­ного суммирующего счетчика. В таком счетчике можно реализовать счетную последовательность от 0 до 2 3 —1=7. Последовательность чисел может быть задана совокупностью 3-разрядных двоичных чисел: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Счетчик может быть реализован с использованием двухступенчатых триггеров Т со счетным входом. Схема двоичного 3-разрядного суммирующего счетчика пред­ставлена на рис. 51, а. В этой схеме исходное состоя­ние счетчика устанавливается подачей сигнала по шине «Уст. 0». Триггеры Т изменяют свое состояние с окон­чанием входного сигнала, т. е. после перехода от уровня 1 к 0. Входной сигнал по шине Со подается на счетный вход триггера 1. Работа счетчика может быть описана с помощью временной диаграммы (рис. 51, б).

До начала прихода первого сигнала счетчик находил­ся в нулевом состоянии. Это соответствует наличию уров­ня 0 на выходах Q1, Q2, Q3. С поступлением по шине Со входных сигналов на счетный вход первого триггера начинается работа счетчика. С приходом первого сигна­ла триггер 1 переходит в состояние 1 и на его выходе устанавливается уровень Q=1. Поскольку на счетных входах триггеров 2 и 3 не происходит изменения уровня с 1 на 0, эти триггеры сохраняют состояния Q2=0, Q3=0. С приходом второго сигнала триггер 1 переходит в состояние 0. В момент изменения уровня на его выхо­де с Q1=1 на уровень Q2=0 триггер 2 переходит в со­стояние 1 и на его выходе устанавливается уровень Q2=1. Состояние триггера 3 остается неизменным. Триг­гер 3 перейдет в состояние 1 лишь при поступлении на счетный вход триггера 1 четвертого по счету сигнала. При этом триггер 1перейдет из состояния1 в состоя­ние 0. Переход от состояния 1 к состоянию 0 вызовет изменение уровней от 1 к 0 на счетном входе 2. В ре­зультате триггер 2 также перейдет из состояния 1 в со­стояние 0. Такой переход повлечет за собой изменение уровня от 1 к 0 на счетном входе 3. В результате на выходе Q3 триггера 3 установится, уровень 1. При этом на выходах Q1 и Q2 триггеров 1 и 2 будут уровни 0. Следо­вательно, в счетчике будет зафиксировано число 4 в дво­ичном представлении. Это соответствует фиксации мо­мента поступления четвертого сигнала.

К моменту прихода восьмого по счету сигнала на вы­ходах триггеров Q1, Q2, Q3 будет установлен уровень 1. Поступление восьмого сигнала на счетный вход тригге­ра 1 вызовет изменение его состояния с 1 на 0. В свою очередь, изменение состояния триггера 1 вызовет изме­нение состояния триггера 2, а изменение состояния триг­гера 2 приведет к изменению состояния триггера 3. В результате все триггеры счетчика перейдут в состоя­ние 0. Счетчик будет подготовлен к cчету новой последо­вательности из восьми сигналов.

Условное изображение счетчика приведено на рис. 52.

Работу счетчика можно также представить как процесс суммирования предыдущего значения счетчика с единицей. Такое суммирование вы­полняется по обычным правилам выполнения операции сложения чисел в двоичной системе. При этом можно отметить следующие особенности:

1) если в младшем разряде предыдущего значения счетчика имеется 0, то суммирование изменяет лишь цифру младшего разряда на 1;

2) если в m младших разрядах содержится 1, а в (m+1)-м разряде — 0, то цифры m младших разрядов изменяются на значение 0, а в (m+1)-м разряде—на значение 1.

Рассмотренный счетчик построен на последователь­но соединенных T-триггерах. Каждый последующий раз­ряд счетчика переключается сигналом переноса, форми­руемым на выходе предыдущего разряда. Сигналы для счета подаются на вход триггера самого младшего раз­ряда. Счетчик, построенный таким образом, называется счетчиком с последовательным переносом. Из временных диаграмм (рис. 51, б) видно, что в наихудшем случае новое состояние n-разрядного счетчика устанавливается с задержкой n * tП, где tП — время переключения триггера.

Счетчик может быть установлен в нулевое состояние посылкой сигнала по цепи «Уст. 0». С каждым входным сигналом числовое значение в счетчике увеличивается на единицу. С приходом 2 3 сигнала в счетчике устанавли­вается исходное (нулевое) состояние. В рассматривае­мой схеме счетчика процесс переносов также является последовательным. Время задержки переносов растет с ростом числа разрядов в счетчике. Это время задерж­ки ограничивает максимальную частоту подачи сигналов на вход, тем самым ограничивается быстродействие счетчика. Для уменьшения времени задержки распро­странения переносов могут использоваться счетчики с параллельным переносом (рис. 53, а).

Здесь задержка определяется только одной схемой И и не зависит от числа разрядов в счетчике. Необходимо отметить, что такой подход приводит к усложнению счет­чика, поскольку используются элементы И с большим числом входов. Кроме того, необходимость включения в схему счетчика элементов И с нарастающим от разря­да к разряду числом входов нарушает регулярность его структуры. Поэтому при построении многоразрядных счетчиков используются схемы с параллельно-последова­тельным переносом.

Схема счетчика с параллельно-последовательным пе­реносом состоит из группы триггеров, внутри каждой из которой организуется параллельный перенос, а между группами — последовательный. Счетчик, схема которого приведена на рис. 54, состоит из 4-разрядных счетчи­ков с параллельным переносом. На входе каждого тако­го счетчика включен элемент И с пятью входами. В нем формируется сигнал переноса в следующую группу при заполнении предыдущей группы триггеров единицами. Задержка в многоразрядном счетчике будет пропорцио­нальна числу групп в счетчике.

ВЫЧИТАЮЩИЕ И РЕВЕРСИВНЫЕ ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ

В вычитающих счетчиках с приходом очередного счетного сигнала предыдущий результат уменьшается на едини­цу. В вычитающем двоичном n-разрядном счетчике реа­лизуется счетная последовательность чисел, начиная с 2 n —1 и кончая 0. Очередное число в этой последова­тельности получается вычитанием единицы из предыду­щего числа. После получения значения 0 последователь­ность повторяется. Еще одно отличие вычитающего счет­чика от суммирующего: триггер каждого последующего разряда переходит в другое состояние при сигнале зай­ма, обратном сигналу переноса в суммирующем счетчике.

Поэтому вычитающий счетчик в отличие от сумми­рующего строится так, что со входом каждого последующего триггера соединяется инверсный выход предыдущего триггера. Схема вычитающего счетчика с последовательной передачей переносов приведена на рис. 55

Читайте так же:
Что значит счетчик посетителей

В реверсивном счетчике объединяются схемы сумми­рующего и вычитающего счетчиков. Кроме того, сущест­вует возможность управления направлением счетчика, для чего предусматривается дополнительное КЦУ.

В реверсивном счетчике на Т-триггерах (рис. 56, а) счетные сигналы поступают на вход T-триггера через логические элементы в случае, если они открыты еди­ничными сигналами с выходов предыдущих разрядов. Для счетных сигналов предусмотрены два входа. Если счетчик работает как суммирующий, сигналы счета сле­дует подавать на вход +1. Для вычитающего счетчика сигналы счета подаются на вход —1. На выходе счетчи­ка, обозначенном >15, сигнал появляется при переходе счетчика в состояние с номером 15, в котором все тригге­ры установлены в состояние 1. На этом выходе форми­руется сигнал переноса в следующий счетчик. На выхо­де <0 сигнал появляется при заполнении счетчика ну­лями. Это сигнал займа в следующий счетчик в схеме вычитающего счетчика. Условное обозначение реверсив­ного счетчика с двумя входами приведено на рис. 56,6.

Если требуется построить реверсивный счетчик с одним источником сигналов для счета, то необходимо преду­смотреть специальное ПЦУ для переключения на сумми­рующий +1 или вычитающий —1 входы (рис. 57).

При подаче сигнала на вход Сс RS-триггер устано­вится в единичное состояние. Сигналы счета Со будут поступать на вход +1 реверсивного счетчика, который будет работать как суммирующий. При подаче сигнала на вход Св RS-триггер установится в нулевое состояние. Сигналы счета со входа Со будут поступать на вход —1, и счетчик будет работать в режиме вычитающего счет­чика.

Используя интегральные схемы 4-разрядных счетчи­ков с выходами займа и переноса, можно строить ревер­сивные счетчики большей разрядности.

СИНХРОННЫЕ И АСИНХРОННЫЕ ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ

Дво­ичные счетчики, состояние триггеров которых изменяет­ся одновременно под воздействием сигнала синхрониза­ции на входах всех триггеров, получили название син­хронных. Схема синхронного счетчика со сквозным пе­реносом на T-триггерах приведена на рис. 58, а, его условное обозначение дано на рис. 58, б.

Синхронные счетчики используются в синхронных цифровых системах. Последовательностные цифровые устройства в этих системах обычно зависят друг от друга и управляются от общего источника синхросигналов. В таких условиях нужно, чтобы все триггеры во всех ПЦУ изменяли свое состояние одновременно по сигналу синхронизации, чтобы текущее состояние триггеров ис­пользовалось для определения их следующего состоя­ния. Применяемая здесь схема со сквозным переносом легко наращивается простым добавлением схемы И с двумя входами. Однако для определения значения са­мого правого входа Т n-разрядного счетчика необходи­мо время, равное времени распространения сигнала че­рез одну схему И, умноженному на п—1.

Различные схемы синхронных счетчиков были исполь­зованы при рассмотрении суммирующих и вычитающих счетчиков.

В асинхронных счетчиках синхронизирующие входы триггеров соединяются с входами соседних триггеров. Поэтому состояние триггера меняется в ответ на изме­нение состояния соседнего триггера, а не в ответ на воз­действие сигнала внешней синхронизации.

В асинхронных счетчиках волна изменений состояния распространяется по всей цепочке триггеров, в отличие от синхронных счетчиков, где происходит изменение со­стояния всех триггеров одновременно. Схема асинхрон­ного счетчика на D-триггерах с динамическим управле­нием приведена на рис. 59,а, а его условное обозначе­ние — на рис. 59, б.

В триггерах с прямым динамичес­ким входом изменение состояния осуществляется при перепаде уровня от 0 к 1. В асинхронных счетчиках с последовательным переносом вход каждого последую­щего триггера соединяется с инверсным выходом преды­дущего. Сигналы счета поступают на вход Со. С помо­щью сигнала, поступающего на вход «Уст. 0», счетчик может быть установлен в начальное состояние.

Асинхронные счетчики также были рассмотрены при описании суммирующих и вычитающих счетчиков).

Асинхронные счетчики позволяют обес­печить большую скорость счета. Объясняется это тем, что после переключения первого триггера счетчика на него можно подавать следующий сигнал, не ожидая распространения воздействия от сигнала через весь счетчик. В синхронном счетчике между сигналами на счетный вход должно проходить время, определяемое переключением одного триггера и установлением значе­ний на всех входах Т. С учетом сказанного можно отме­тить, что все типы суммирующих, вычитающих, ревер­сивных счетчиков могут быть реализованы в виде как синхронных, так и асинхронных счетчиков.

Дата добавления: 2016-05-31 ; просмотров: 4027 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Двоичные счётчики

Если в счетчике n триггеров, то число возможных состояний счетчика равно 2n, и, следовательно, его модуль также равен 2n. Счетная последовательность в двоичном суммирующем счетчике начинается с 0, доходит до максимального числа 2n 1, после чего снова проходит через 0 и повторяется. В вычитающем двоичном счетчике последовательные двоичные числа перебираются в обратном порядке, и максимальное число следует за 0 при повторении

Рассмотрим устройство двоичного суммирующего счетчика. В таблице приведены 16 первых двоичных чисел (табл. 1). Легко заметить, что значение разряда изменяется всякий раз, когда текущие значения всех разрядов правее рассматриваемого равны 1. Более того, это единственная ситуация, при которой значение разряда изменяется.

Таким образом для построения счѐтчика необходимо воспользоваться двухтактными MS-триггерами, которые меняют своѐ состояние по спадам импульсов.

На рис. 1 показана схема четырѐхразрядного асинхронного счетчика реализованного на синхронных Т-триггерах. Как видно из

рисунка, состояние трѐх последних триггеров меняется в ответ на изменение состояния соседнего триггера, а не в ответ на внешний синхросигнал.

Рис. 1. Схема четырехразрядного асинхронного счетчика

Другими словами, волна изменений состояния будет распространяться справа налево, т.е. срабатывание триггеров будет последовательным. Счетчики, описанного типа, называются асинхронными.

На рис. 2 приведена временная диаграмма работы счѐтчика.

Рис. 2. Диаграмма работы счетчика

Последовательное срабатывание триггеров в асинхронных счѐтчиках является их основным недостатком, поскольку в период срабатывания триггеров на выходах счѐтчика могут появляться ложные состояния (на профессиональном языке – «клыки»), которые не отвечают ожидаемым результатам. Именно по этой причине (из-за возможности запоминания ими ложных состояний), выходы асинхронных счѐтчиков никогда не должны принимать участие в определении состояния входов других последовательностных схем.

Асинхронные счетчики тем не менее применимы в тех случаях, когда их выходы не участвуют в определении состояния других последовательностных схем. При помощи выходов асинхронных счетчиков можно управлять визуальными индикаторами, например, в счетчиках импульсов или цифровых часах. Асинхронные счетчики находят широкое применение в качестве делителей частоты. Фактически каждый каскад асинхронного счетчика делит частоту пополам, поскольку только половина переходов входного сигнала вызывает переходы выходного сигнала. Поэтому деление частоты на любую степень двойки можно осуществить с помощью двоичного асинхронного счетчика с соответствующим числом каскадов.

Читайте так же:
Труба 25 какой счетчик ставить

В синхронных системах последовательностные компоненты обычно взаимозависимы и управляются от общего источника синхроимпульсов. В таких условиях необходимо, чтобы все триггеры во всех компонентах изменяли свое состояние одновременно по синхроимпульсу, позволяя использовать текущее состояние триггеров для определения их следующего состояния. Поэтому в таких схемах используются счѐтчики называемые синхронными.

Вспомним, что в соответствии с таблицей двоичных чисел, рассмотренных выше, значение разряда изменяется всякий раз, когда текущие значения всех разрядов правее рассматриваемого равны единице. Если мы воспользуемся двухтактными Т-триггерами, то проведенное наблюдение подскажет, при каких условиях нужно подать сигнал логической единицы на вход Т. Напомним, что двухтактный Т-триггер меняет свое состояние тогда и только тогда, когда значение на входе Т равно логической единице. Поэтому на входе Т каждого триггера должен быть результат операции конъюнкция над выходными значениями Q всех расположенных справа триггеров.

На рис. 1 приведена схема четырехразрядного двоичного суммирующего счетчика. Он состоит из двухтактных Т-триггеров с объединенными синхровходами. Каждый импульс на общей синхронизирующей линии вызывает переход к следующему состоянию в счетной последовательности. На схеме функции определяющие значения входов Т формируются цепочкой двухвходовых элементов «И».

Цепочка реализует итерационный процесс формирования значения Ti+1 с помощью операции конъюнкция над значениями Тi и Qi, где Тi и Qi вход и выход триггера, соответствующего разряда. Значение T0 относится к крайнему правому триггеру. На вход Т0 подается сигнал с линии «разрешение счета». Если на эту линию подана логическая 1, то на все входы поступят сигналы, необходимые для перехода к следующему состоянию. Если на ней логический 0, то на всех входах Т будет также логический 0, и счетчик не изменит своего состояния.

Рис. 3. Синхронный счетчик с последовательным переносом

Такие счѐтчики называются синхронными счѐтчиками с последовательным переносом (рис. 3).

Применение цепочек элементов «И» для формирования сигналов на входах Т широко распространено в двоичных счетчиках, однако ведет к снижению скорости счета. После прохождения очередного синхроимпульса следующий синхроимпульс нельзя подавать до тех пор, пока не определятся все значения на входах Т. Однако значение самого левого входа Т не определится до тех пор, пока изменения состояний всех триггеров, вызванные прошедшим синхроимпульсом, не распространятся по всей цепочке. На это для n разрядного счетчика требуется время, равное времени распространения сигнала через один вентиль, умноженному на n 1.

Можно увеличить скорость счета в двоичном счетчике, заменив цепочку элементов «И» на отдельные элементы «И» для каждого входа Т, как показано на рис. 4.

В этом случае входы элементов «И» подключаются непосредственно к выходам соответствующих триггеров. Следовательно, между моментом установления новых состояний триггеров по синхроимпульсу и готовностью новых значений сигналов на входах Т будет проходить время, равное задержке распространения сигнала через один вентиль, а не n 1. Однако повышение скорости счета связано с необходимостью использовать вместо двухвходовых многовходовые элементы «И». Такие счѐтчики называются синхронными счѐтчиками с параллельным переносом.

Рис. 4. Синхронные счетчики с параллельным переносом

Синхронные счетчики также могут работать в ситуациях, где применяют асинхронные счетчики (делители частоты и т.п). Однако асинхронные счетчики в принципе дают более высокую скорость счета. Это объясняется тем, что, как только самый правый триггер счетчика сработал по счетному импульсу, на счетчик можно подавать следующий импульс. Нет никакой необходимости ждать распространения волны воздействия от каждого импульса через весь счетчик. Другими словами, интервал между счетными импульсами в асинхронном счетчике может не превышать времени срабатывания одного триггера. В синхронном же счетчике между счетными импульсами должно проходить время, не меньшее времени срабатывания одного триггера, плюс время установления значений на всех входах Т.

До сих пор мы рассматривали только суммирующие двоичные счетчики. Кратко остановимся теперь на вычитающих счѐтчиках. Такие счетчики также могут быть как синхронными, так и асинхронными. Отметим, что при продвижении по двоичной последовательности в обратном порядке значение разряда меняется всякий раз, когда текущие значения всех разрядов правее данного становятся равными 0 (или, что эквивалентно, дополнения их значений становятся равными 1). Именно этот принцип лежит в основе конструкции вычитающих двоичных счетчиков.

Заметим, что при обратном движении по двоичной последовательности значение данного разряда меняется при переходе состояния его соседа справа из 0 в 1 (или, что эквивалентно, при переходе его дополнения из 1 в 0). Данный принцип служит основой для асинхронных вычитающих счетчиков. В обоих случаях условия для изменения состояний триггеров вычитающих счетчиков аналогичны условиям для суммирующих счетчиков с той лишь разницей, что они должны опираться на значения инверсных, а не прямых выходов триггеров. Следовательно, синхронный суммирующий счетчик можно превратить в вычитающий, просто переключив входы элементов «И» с прямых выходов триггеров на инверсные, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Синхронный вычитающий счетчик

Точно так же можно изменить суммирующие синхронные счѐтчики с последовательным и параллельным переносом, подавая на элементы «И» сигналы не с прямых выходов триггеров, а с инверсных.

Материал взят из книги Логические автоматы. Типовые последовательностные схемы (А.В. Илюхин)

Счетчики импульсов — типы и принцип работы.

В современных электронных вычислительных машинах применяется двоичная система счисления, удобная для программирования, т.к. машина легко различает два противоположных состояния — 0 и 1.
Практически любую аналоговую величину (длительность и период повторения импульсов, угол поворота, перемещение, скорость и т. п.) можно преобразовать в электрические импульсы, число которых пропорционально значению аналоговой величины. Подсчитать эти импульсы можно с помощью счетчика и выразить числом или кодом. В ЭВМ счетчики применяются для формирования адресов команд, подсчета количества циклов при выполнении программы, подсчета количества шагов при выполнении операций умножении и деления. Счетчики обозначают через СТ (от англ. counter).
Счетчики импульсов выполняются на основе триггеров, образующих двоичные разряды. Количество разрядов определяется наибольшим числом, которое должен зафиксировать счетчик.
Рассмотрим различные типы триггерных СТ, как они устроены и работают.

Читайте так же:
Ручной счетчик непоседа что это

Двоичные счетчики.

Они используют двоичную систему счисления, как в таблице 1.
schetchiki1На рис.1а показан простейший асинхронный счетчик , построенный из четырех Т-триггеров.
Т-триггеры подключены последовательно, каждое из которых делит на 2. По входному сигналу первый триггер делит на 2, второй — на 2² = 4, третий — 2³ = 8 и четвертый — на 2 4 = 16. Таким образом, это разное количество полученных импульсов, считываются с выходов Q1 — Q4.
Информация представлена ​​в двоичном (бинарном) коде и воспринимается справа налево, т.е. на четырех выходах появляются единицы, двойки, четверки и восьмерки.
Рассматриваемый СТ имеет объем 16. Срабатывание заданного триггера осуществляется за счет смены предыдущего триггера, т.е. здесь нет синхронизирующего сигнала.
На рис.1б показан синхронный счетчик , умеющий дополнительный тактовый вход C. При помощи этого управляющего сигнала выполняется активация четырех триггеров для подготовки их к изменению своего состояния.
На рис.1c показаны временные диаграммы двоичных счетчиков, если нет задержки сигналов. В этом случае активным является отрицательный фронт, отмеченный стрелкой.
Первый триггер возвращается к исходному состоянию после двух входных импульсов, второй — после четырех импульсов, третий — после восьми и четвертый — после шестнадцати входных импульсов.
schetchiki2Обратите внимание, что здесь счет начинается с 0 и заканчивается на 15. Когда на вход подается шестнадцатый импульс, весь СТ начинает работать с самого начала. т.е. состояние всех выходов равно нулю.
Кроме тактового входа, показанного на рис.1б, реальные счетчики имеют еще один управляющий вход, который фиксирует начало счета, когда, например, когда все Т-триггеры сброшены.
На основе представленной схемы можно построить СТ для любого числа, добавляя дополнительные триггеры. Если требуется считать до десятичного числа A , то общее количество n триггеров определяется так: 2 n > A . Например, если нужно считать до 100, тогда триггеров нужно семь: 2 7 = 128.
Рассматриваемый до сих пор счетчик, еще называют суммирующим . В нем каждый следующий импульс увеличивает на единицу значение, записанное в триггере. Это так называемый нормальный счет.
Кроме того, существуют вычитающие счетчики . Для них характерно то, что каждый последующий входной импульс уменьшает на единицу запись триггера. В них в начальном состояние на всех выходах — логическая 1.
Например, если триггеров четыре, то при отсутствии входного сигнала на выходах будет двоичное число 1111. При получении первого импульса число на выходах будет 1110, второго — 1101, третьего — 1100 и т.д. Это видно из таб.1, если смотреть снизу вверх.
Есть еще, так называемые, реверсивные счетчики . Они могут работать как суммирующие или вычитающие. Помимо входа для подсчета есть и дополнительный вход, через который определяется, является ли СТ суммирующий или вычитающий.
На практике это можно реализовать с помощью T-, D- и JK-триггеров и др.

Десятичные счетчики.

schetchiki3

Они также состоят из триггеров, но результаты появляются на всех четырех выводах в двоично-десятичном коде. Это соответствие между двоичными комбинациями и их десятичными значениями также называют BCD (от Binary Coded Decimal — бинарное кодированное десятичное число).
Например, четырехзначное двоичное число 0001 соответствует числу 1, четырехзначному двоичному числу 1001 соответствует цифре 9 и т. д. Его также называют кодом 8-4-2-1, который соответствует значениям позиционного символа двоичной системы: 2 3 , 2 2 , 2 1 , 2 0 .
На рис.2а показана схема десятичного счетчика, который может считать от 0 до 9. Он содержит четыре Т-триггера с дополнительными соединениями для трех логических элементов (ЛЭ). Свойства этой схемы основаны на упомянутом коде BCD, девять состояний которого показаны в таблице на рис.2б. Добавим, что этот код широко используется в различных ЭВМ, в том числе и компьютерах.
Если сравнить таблицу на рис.2б и таб.1, мы видим, что при входных импульсах от 0 до 9 включительно, на выходе четырехзначные BCD коды такие же, как и двоичные.
Когда на вход приходит десятый импульс, он не создает 1010, а оставляет 0000, т.е. не использует оставшиеся шесть комбинаций и немедленно сбрасывает СТ. Именно этот сброс осуществляется введенной обратной связью.
Рассматриваемая схема выполнена из Т-триггеров и является сравнительно простой, потому что считает от 0 до 9. Если устройство должно считать от 0 до 99, применяется еще одна такая же схема. Обе схемы должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы при поступлении на вход десятого импульса она сбросила первые четыре выхода и и выработал импульс переноса для активирования следующего шага, который будет считать десятки. К этому нужно добавить требование сбросить все устройство в любое время.
Из этих рассуждений становится ясно, что этот счетчик, который можно использовать в некоторых устройствах, должен иметь дополнительные функции. Например, в интегрированном варианте, таком как TTL МС 7490, представляющая из себя асинхронный счетчик и состоит из трех JK-триггеров, одного RS-триггера и двух двухвходовых ЛЭ И-НЕ.

Делители частоты.

schetchiki4

Это устройства, на вход которых поступают импульсы с частотой fвх , а на выходные импульсы с частотой fвых . Отношение N = fвx / fвых называется коэффициентом деления и является их важнейшим параметром.
Мы уже видели, что при помощи двоичных и десятичных счетчиков легко получить делители на 2 и 10 (соответственно 2 n и 10 n ). Однако есть устройства, такие как часовой механизм, где необходимо делители на 12, 24 и 60, а также сетевой преобразователь частота 50 Гц в 60 импульсов.
Существуют разные типы схем с коэффициентом деления от 1 до 99. В дополнение к упомянутым делителям 2 и 10 на практике используются делители 3, 5, 6 и 7. Они могут быть реализовано как с TTL ИС, так и с SMOS ИС. Есть еще удвоители частоты, но используются они редко.
На рис.3 показаны две схемы — с коэффициентом деления N = 3 u N = 5, которые реализованы с помощью JK-триггеров.
При соединении несколько делителей последовательно, результирующий коэффициент равен произведению их коэффициентов. Например, если N1 = 3 и N2 = 5, результирующий коэффициент делителя будет Nрез = 3·5 = 15.
Также существуют так называемые программируемые делители частоты . Им коэффициент деления устанавливается извне двоично-десятичным кодом, для этого делитель имеет 4 дополнительных входа.
Например таким программируемым синхронным счетчиком в интегральном варианте является схема 74161, где коэффициент деления можно установить в диапазоне от 1 до 16.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector